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石墨烯将跳出实验室进入产业化阶段

2016-05-12 09:59
人在旅途20
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  石墨烯作为一种由碳原子构成的单层片状结构的二维材料,以最薄、最坚硬、导电性最好著称,具有广泛的应用潜力,成为当前全球范围内最为关注的炭材料。尽管有专家认为,由于材料制备的限制,石墨烯规模化供应和需求尚待形成,在短期内无法形成产业化,但随着世界范围内的大力推动,石墨烯从研究到产业化正在迅速推进。

  重磅级的石墨烯应用研究成果正陆续涌现

  国际上的研究热点是石墨烯的导电性、导热性、制备方法以及纳米材料等,相关专利主要在石墨烯的制备、能源、显示技术、纳米材料及复合材料等领域;我国的研究主要集中在纳米材料、材料应用研究等领域,相关专利集中在石墨烯的制备和石墨烯复合材料的应用领域,专利数量超过2200多项,约为全球的1/3。从公开报道看,全球一些有影响的重磅级成果包括:

  最小最快的晶体管

  2009年12月1日在美国召开的材料科学国际会议上,日本富士通研究所宣布,在铁质衬底上制成7.5厘米直径的大面积石墨烯薄膜,在此基础上配置电极和绝缘层,制成了几千个石墨烯晶体管。如进一步扩大石墨烯面积,还可制作出石墨烯集成电路。2011年4月IBM向媒体展示了新开发的最快的石墨烯晶体管,该产品每秒能执1550亿个循环操作,比之前的试验用晶体管快50%。

  低成本、高比容量的石墨烯电池

  2013年,美国俄亥俄州Nanotek仪器公司的研究人员利用锂离子可在石墨烯表面和电极之间快速大量穿梭运动的特性,开发出一种新型储能设备,可以将充电时间从过去的数小时之久缩短到不到一分钟。

  单分子传感器

  2010年,美国莱斯大学利用石墨烯量子点,制作单分子传感器。莱斯大学将石墨烯薄片与单层氦键合,形成绝缘体的石墨烷。研究人员移除石墨烯薄片两面的氦原子岛,就形成了被石墨烷绝缘体包围的、微小的导电的石墨烯阱,可作为量子阱。这一技术可用来制作化学传感器、太阳能电池、医疗成像装置或是纳米级电路等。 

  全球最小光学调制器

  加州大学劳伦斯国家实验室的张翔教授等组成的研究团队于2011年宣布,将石墨烯铺展在一个硅波导管的顶部,建造出了一款能打开或关闭光束的光调制器。每个石墨烯调制器的传输速度比铜导线快约千倍。

  石墨烯电容触摸屏

  2012年1月8日,江南石墨烯研究院、常州二维碳素科技公司联合相关企业通过联合研究,实现了石墨烯薄膜材料和现有ITO模组工艺线的对接,全球首次成功制成电容触摸屏手机样机,并完成了功能测试。这款近于透明的超级薄膜手机具有触摸屏的基本功能。2014年5月,常州二维碳素科技有限公司宣布其第一条年产3万平方米石墨烯透明导电薄膜生产线实现量产。

  用于海水淡化的氧化石墨烯薄膜

  2014年,中国科学技术大学与英国曼彻斯特大学合作,发现了氧化石墨烯薄膜具有精密快速筛选离子的性能。石墨烯表面本来是排斥水的,但浸入到水中的石墨烯薄膜里的毛细通道却允许水快速渗透。未来如生产出过滤装备,可在几分钟内即可将一杯海水淡化成饮用水。

  纳米二冲程发动机

  2014年,新加坡科学家用石墨烯研制出纳米发动机原型,其原理与常规二冲程发动机完全相同,单层原子厚的石墨烯作为活塞,而激光则起到了火花塞的作用。通过与微机电系统(MEMS)纳米机电系统(NEMS)技术的结合,纳米发动机产生的机械能将有望为纳米器件和纳米机器人提供动力。

  石墨烯浆料

  2014年5月28日,宁波墨希公司推出了石墨烯浆料和粉末系列新产品,主推产品为平均厚度3纳米的多层石墨烯微粉材料,售价仅为1元/克。宁波墨西公司希望凭借低廉定价促进下游用户加强新产品研发,促进石墨烯在锂电池、超级电容器、高分子复合材料、导热散热膜、功能涂料、国防军工等领域的广泛应用。

  可穿戴设备

  未来在智能穿戴等生活领域,还将涌现石墨烯的杀手级产品。石墨烯生活应用新品已应用在座垫、腰带等领域,这恒温产品可通过智能化终端进行控制,将彻底颠覆人们对传统保暖产品及方式的认识。

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